中国船、中国芯 | “定船神针”迈进产业化新征程

“定船神针”迈进产业化新征程  ——记“海洋装置与控制技术研究所”动力定位系统发展之路

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在小说《西游记》里，“定海神针”可以神奇地一“针”定海。在现实世界中，“定船神针”可以神奇地一“针”定船，有了它，在探索和开发茫茫海洋时，就可以把海洋平台稳定精确地控制在作业点附近，使海上作业实现“千磨万击还坚劲，任尔东西南北风”的高稳定性和可靠性。这个“定船神针”就是我校自动化学院“海洋装置与控制技术研究所”填补国内空白的科研成果——动力定位系统。

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前不久，中国船级社（CCS）为“动力定位系统”颁发了《型式认可证书》，我校因此成为国内第一家获得生产全系列动力定位系统资格认证的单位。

这件事情更大的意义在于，在该领域我国打破了国际垄断，摆脱被外国公司在这一海洋开发关键设备上卡住我们发展的境地；意味着我国在该领域具有迈开双腿、在产业化新征程上奔跑的能力；意味着我校为“共和国第一”再添新丁。

跑赢一场科研的马拉松

从对一个科学问题的研究到制作出工程样机，再到形成产品，直至具有批量化生产的能力走进市场，磨出“定船神针”需要人们下“深功夫”，这是一场漫长的马拉松。

DP是动力定位系统（DynamicPositioningSystem）的简称，根据作业要求，可分为DP1、DP2、DP3三个级别，其中，DP3级是国际海事组织的最高动力定位级别，其抗风险能力最强，效果也最好。目前，学校是国内唯一一家可研制全系列三个级别动力定位系统产品的单位。

1983年，我国船舶动力定位工程科技领域的开拓者，时任学院“控制理论与控制工程”学科带头人的边信黔教授，带领团队在国内率先着手研发船舶动力定位技术，首次在国内建立起风浪流作用下、船舶在动力定位状态下的运动数学模型等关键问题，掌握了动力定位技术基本原理，成为国内首家具备生产一级（DP1）动力定位系统产品的研发基地，为我国在船舶动力定位技术研究领域的发展奠定了坚实基础。

在30多年的研究中，边信黔教授率团队与项目一同成长。“千磨万击还坚劲，任尔东西南北风”，这既是对研发对象特征的形象描述，也是对这个团队所有成员执着坚定的科研风格的真实写照。团队坚定于自身研究方向，一直从事海洋运载器的控制理论和工程应用研究，即便在上世纪80年代，科研项目较少时，也耐住寂寞，坐住了冷板凳。边信黔教授与团队成员一起为这个集体营造出一种文化，将其凝炼成“敢想、敢为、敢赢，求真、求实、求严”的“十二字箴言”。多年后，这种求真求实求创新的精神，在这厚厚的积淀上孕育出创新的果实，也就变得理所当然。

2014年7月，边信黔教授作为技术负责人的国家高技术船舶科研专项“DP3动力定位系统研制”项目通过工信部验收。这意味着“定船神针”——中国最高级别的DP3船舶动力定位系统的诞生。在验收会上，中国工程院多位院士及专家认为，这套系统在我国最高级别船舶动力定位系统领域取得重大突破，打破国外垄断，填补国内空白，实现“零的突破”。凭借这一成果，学校成为我国海军和海洋工程领域无可替代的重要技术依托力量。

2015年10月，边信黔教授带领研发团队创建哈船智能装备科技有限公司。该项目依托公司，迅速走上产业化道路。2016年，在工信部支持下，在烟台中集来福士海洋工程有限公司牵头的第七代超深水钻井平台创新专项中，我校进行“动力定位系统（DP3）集成及核心设备应用研究”，在该项目的研究支持下，学校与江苏华西村海洋工程服务有限公司展开紧密合作，进行实船应用，为承接订单做好准备。以此为起点，逐步打开潜力巨大的我国自主品牌的市场。

项目的稳步成熟让团队成员备感欣慰，从一个科学问题开始，到完成样机，再到走上产业化之路，可以批量生产产品，学校在国内这场漫长的马拉松赛场上，一直在领跑，从未被超越。

“定船神针”的技术突破

动力定位系统的原理是应用计算机控制技术，根据位置参照系统提供的位置变化自动进行计算，控制各个推力器的推力大小，使船舶保持艏向和船位的“雷打不动”。

动力定位系统包括控制系统、推进器系统、动力系统、测量系统四大部分。其中，控制系统居于核心地位，相当于整个系统的“大脑”，这也是学校主攻的方向。

2013年8月2日，学校研发的动力定位工程样机在南海海试时，正赶上台风“海燕”过境的第二天。海面上浪疾风高、波涛汹涌。在风速6—9级、海流大于1节的海况条件下，试验结果表明，系统实现了船舶高精度和高可靠的定位，达到国际同类产品的先进水平。过后，看到其他参试人员照的“海燕”引起的海况照片，当时在海上试验的参试人员才发现，他们对刚刚距试验船几海里之外通天接海的龙卷风竟浑然不觉。系统的高稳定性和可靠性由此可见一斑。

在研制过程中，系统取得多项关键性技术突破。

——国内首套满足国际海事组织对三级动力定位设备配置和功能要求的DP3控制系统工程样机，首获中国船级社颁发的“船用产品证书”和系泊、航行及故障模式与影响分析试验的“检验证明”。

——在国内首次提出三级动力定位冗余功能所需的同步表决、仲裁逻辑、无缝切换等方法，可实现三冗余、双冗余、单模之间的自动切换，满足海洋工程作业极高可靠性要求。

——在国内首次提出多传感器时空信息融合算法，基于状态自适应估计器的非线性模型预测动力定位控制算法等，开发相应的实船应用软件，实现高精度和高可靠定位功能。

刘建旭是动力定位课题组的技术骨干之一，他负责动力定位控制系统的硬件设计和集成。同时在哈尔滨船海智能装备科技有限公司负责市场开拓。

“我们研制的产品，性能指标与国际同类产品相当。除了具有价格优势外，我们的优势还在于可以根据用户实际需求，对用户已有的动力定位系统升级，并可为客户实现定制化服务。我们建立了完善的售前售后体系，以哈尔滨为总部，在北京、青岛、上海、广州设立办事处，服务范围覆盖环渤海、长三角、珠三角等地区，售后服务做到电话即时响应，24小时内到达国内现场。”他介绍说。

时代赋予的发展机遇

《中国制造2025》将海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进，明确提出发展深海探测、资源开发利用、海上作业保障装备及其关键系统和专用设备，推动深海空间站、大型浮式结构物的开发和工程化。

船舶动力定位系统是我国走向深海不可或缺的核心关键装备。国家的需求为项目的发展带来难得的历史机遇。随着海洋事业的发展，深海钻井平台、海底管线和电缆铺设、海上打捞救生等海上作业，对可靠性要求越来越高。国家对于拥有完全自主知识产权的“定船神针”的需求非常迫切。

深化军民融合、强化协同创新是项目成功走向市场的法宝。它不但得到军民双方的支持，更可军民两用。这是一个不断强化开放共享观念，打破封闭垄断，加强科技创新资源优化配置的过程。

动力定位项目涉及众多学科、技术复杂、难度很高，早在研发工程样机阶段，就由学校作为总体设计、技术主体和系统集成的牵头单位，海洋石油工程股份公司作为海上实船试验的责任单位，中国船舶工业集团第708研究所作为试验船设计单位，武汉船用机械有限公司作为大功率全回转推进器研制单位，中国船级社作为认证机构，组成“国家队”开展研制工作，历时多年协同创新，终于取得重大成果，为我国海洋工程向深海进军提供坚实的技术保障。

2017年12月，在中国国际海事会展上，他自豪地接过《型式认可证书》，这是动力定位控制技术成果产业化走向成熟的重要标志，也是公司生产的全系列动力定位控制系统产品正式向民品市场进军。在接受媒体采访时，边信黔教授踌躇满志：“走进新时代，我们将不忘初心、牢记使命，全面进军民品市场，为‘中国船、中国芯’、为‘中国制造2025’船舶及海洋工程装备板块打造中国DP品牌贡献力量”……迈进产业化的新征程后，扩大市场份额的马拉松之路已在脚下悄然延伸开来。

“当前，国内每年对DP的需求量有几十套，并且市场潜力巨大，但是大部分都被国外产品占领。我们具备产业化能力后，一是在国内争取市场份额；二是迫使国外公司产品价格下降，为国家节省大量外汇资金。与此同时，我们也把眼光投射到国际市场，当前正致力于获得国外船级社颁发的DP型式认可证书，以期获得进军国际市场的入场券。当然，对于刚刚开拓市场的我们来说，要想进一步打开市场，扩大市场份额，任重而道远。”现任项目负责人夏国清教授说。

好在前进的步伐，已经大步迈了出来。道阻且长，行则将至。

    哈尔滨工程大学    

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撰文 | 唐晓伟

编辑 | 孙一丹

责编 | 霍萍

审核 | 李凯

文章来源 | 工学周报